跟着Nature Communications学作图：R语言circlize包做漂亮的弦图

在数据可视化领域，弦图（Chord Diagram）是一种非常直观且美观的图表类型，尤其适合展示复杂的关系网络。最近，我在简书平台上发现了一个热门话题：使用R语言中的circlize包制作漂亮的弦图。作为一名数据科学爱好者，我决定深入研究这个话题，并分享我的学习心得和实践经验。

一、什么是弦图？

弦图最早由Martin Krzywinski等人在2009年提出，最初用于展示基因组之间的关系。它通过将数据点分布在圆周上，并用弧线连接这些点来表示它们之间的关系。弦图不仅能够清晰地展示多个实体之间的关联，还能通过颜色、宽度等视觉元素传递更多信息。例如，在生物学中，弦图可以用来展示不同物种之间的基因相似性；在社会网络分析中，它可以展示人与人之间的社交关系；在商业分析中，它可以展示不同产品之间的销售关系。

二、为什么选择circlize包？

R语言中有多个包可以用来绘制弦图，但circlize无疑是其中最强大且灵活的一个。circlize包是由Gu Zuguang开发的，它不仅提供了丰富的参数选项，还支持高度自定义的图形设计。相比于其他包，circlize的优势在于：

• 灵活性高： circlize允许用户自由调整图形的各个方面，包括节点的位置、弧线的形状、颜色的渐变等。
• 兼容性强： circlize可以与其他R包（如ggplot2、grid等）无缝集成，方便用户在同一个项目中使用多种可视化工具。
• 文档完善： circlize的官方文档非常详细，提供了大量的示例代码和教程，帮助用户快速上手。
• 社区活跃： circlize有一个非常活跃的用户社区，开发者会定期更新包的功能，并及时解决用户遇到的问题。

三、如何安装和加载circlize包？

要开始使用circlize包，首先需要确保你的R环境中已经安装了该包。如果你还没有安装，可以通过以下命令进行安装：

install.packages("circlize")

安装完成后，使用以下命令加载circlize包：

library(circlize)

此外，为了更好地控制图形的布局，建议同时加载grid和ggplot2这两个常用的R包：

library(grid) library(ggplot2)

四、创建一个简单的弦图

接下来，我们来创建一个简单的弦图，展示两个实体之间的关系。假设我们有以下数据集，表示A、B、C三个实体之间的交互关系：

mat = matrix(1:9, 3, 3, dimnames = list(c("A", "B", "C"), c("A", "B", "C")))

我们可以使用circlize包中的chordDiagram()函数来绘制这个弦图：

chordDiagram(mat, annotationTrack = "grid")

这段代码会生成一个基本的弦图，显示A、B、C三个实体之间的关系。你可以看到，每个实体都被分配到了圆周上的一个位置，而它们之间的关系则通过弧线连接起来。

五、自定义弦图的外观

虽然circlize包默认生成的弦图已经非常美观，但我们可以通过调整一些参数来自定义图形的外观。例如，我们可以更改节点的颜色、弧线的宽度、标签的字体等。以下是几个常见的自定义选项：

• 节点颜色： 使用col参数为每个节点指定不同的颜色。
• 弧线颜色： 使用link.col参数为每条弧线指定颜色，或者使用transparency参数设置透明度。
• 弧线宽度： 使用link.lwd参数调整弧线的宽度，使其更粗或更细。
• 标签样式： 使用annotationTrack参数添加或修改标签，或者使用directional参数设置弧线的方向。

通过这些参数的组合，你可以轻松创建出符合自己需求的个性化弦图。例如，下面的代码展示了如何为每个节点和弧线设置不同的颜色：

col = c("#FF6F61", "#6B5B95", "#88B04B") link.col = c("#FF6F61", "#6B5B95", "#88B04B") chordDiagram(mat, col = col, link.col = link.col, link.lwd = 2, annotationTrack = "grid")

六、进阶应用：多层弦图

除了基本的弦图，circlize包还支持绘制多层弦图，即在一个圆环中嵌套多个层次的弦图。这种图表非常适合展示多层次的数据结构，例如基因组中的染色体、蛋白质之间的相互作用等。要绘制多层弦图，我们需要准备一个多维矩阵作为输入数据。例如，假设我们有以下数据集，表示A、B、C三个实体在两个不同层次上的关系：

mat1 = matrix(1:9, 3, 3, dimnames = list(c("A", "B", "C"), c("A", "B", "C"))) mat2 = matrix(10:18, 3, 3, dimnames = list(c("A", "B", "C"), c("A", "B", "C")))

我们可以使用circos.initialize()和circos.track()函数来初始化圆环并绘制多个层次的弦图：

circos.initialize(factors = c("Layer1", "Layer2"), xlim = c(0, 1)) circos.track(factors = "Layer1", panel.fun = function(x, y) { chordDiagram(mat1, grid.col = col) }, track.height = 0.2) circos.track(factors = "Layer2", panel.fun = function(x, y) { chordDiagram(mat2, grid.col = col) }, track.height = 0.2)

这段代码会生成一个包含两层弦图的图表，每一层都展示了A、B、C三个实体之间的关系。通过这种方式，你可以轻松扩展弦图的应用场景，展示更加复杂的数据结构。

七、总结与展望

通过这次学习，我对R语言中的circlize包有了更深的了解。弦图作为一种强大的可视化工具，不仅可以帮助我们更直观地理解复杂的数据关系，还能为我们的研究报告增色不少。未来，我计划继续探索circlize包的更多功能，并尝试将其应用于更多的实际项目中。如果你也对数据可视化感兴趣，不妨试试circlize包，相信它一定会给你带来意想不到的惊喜！